Doktorsvörn við Raunvísindadeild - Younes Abghoui

Mánudaginn 13. mars ver Younes Abghoui doktorsritgerð sína við Raunvísindadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Nýstárlegir rafefnahvatar fyrir sjálfbæra ammóníaksframleiðslu við herbergisaðstæður (Novel electrocatalysts for sustainable ammonia production at ambient conditions).

Andmælendur eru dr. Justin Stephen James Hargreaves, lektor við efnafræðideild Háskólans í Glasgow, og dr. Poul Georg Moses, framkvæmdastjóri og verkefnisstjóri Haldor Topsoe A/S, Danmörku.

Leiðbeinandi var dr. Egill Skúlason, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands. Einnig sátu í doktorsnefnd dr. Sveinn Ólafsson, vísindamaður við Raunvísindastofnun Háskóla Íslands og dr. Kristján Leósson, framkvæmdastjóri Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands.

Oddur Ingólfsson, prófessor og deildarforseti Raunvísindadeildar Háskóla Íslands, stýrir vörninni sem fer fram í Hátíðasal Háskóla Íslands og hefst kl. 14:00.

Ágrip af rannsókn

Hönnun á sjálfbærri leið til að framleiða ammóníak gæti leitt til efnahagslegrar og umhverfislegrar byltingar. Með svipuðu ferli og á sér stað í ensímum í bakteríum í jarðvegi væri hægt að framleiða ammóníak með rafefnafræðilegum aðferðum þar sem rafmagn eða sólarorka væri notað til að afoxa nitur úr andrúmsloftinu í vatnslausn og mynda ammóníak við náttúrulegar aðstæður. Í dag hefur ekki enn verið hægt að útbúa slíkt kerfi vegna hægs hvarfhraða og lágrar nýtni. Janfvel þó að mikil framför í átt að þessu takmarki hafi átt sér stað síðustu ár og áratugi er í dag enginn efnahvati til sem hvatar þetta efnahvarf rafefnafræðilega í ammóníak á nýtanlegan hátt, frá lofti og vatni við herbergishita og venjulegan loftþrýsting. Hröð og sértæk afoxun niturs fyrir sjálfbæra og orkulega hagkvæma framleiðslu á ammóníaki er lykillinn að því að hægt sé að nýta þetta ferli fyrir vetnisgeymslu, sem milliskref í efnaiðnaði eða til framleiðslu á ólífrænum áburði sem væri hugsanlega mesta notagildi slíkrar aðferðar. Á þennan hátt væri hægt að hafa dreifða áburðarframleiðslu á smáum skala þar sem N$_2$ væri afoxað í litlum hvarfklefum sem hefðu rafefnahvata sem væri stöðugur, sértækur og virkur fyrir ammóníaksmyndun við umhverfisaðstæður.

Í þessari doktorsritgerð er kynnt til sögunnar reikniefnafræðileg hönnun á mögulegum nýjum og hagkvæmum rafefnahvötum, málmnítríðum, sem gætu framkvæmt rafefnafræðilega afoxun á nitursameindinni í ammóníak í vatnslausn við herbergisaðstæður og við lága rafspennu. Skammtafræðilegir reikningar með þéttnifellaaðferðinni (e. density functional theory, DFT) eru notaðir til að rannsaka þessa nýju tegund efnahvata fyrir rafefnafræðilega ammóníaksmyndun. Orkulægsti hvarfgangurinn fyrir þetta ferli er hinn svokallaði Mars-van Krevelen hvarfgangur í stað hefðbundinna hvarfganga á borð við sameindahvarfgang eða sundrunarhvarfgang. Áhugaverðustu rafefnahvatarnir reyndust vera RuN, VN, CrN, ZrN og NbN samkvæmt skammtafræðilegu reikningunum þar sem mikill fjöldi af mismunandi málmnítríðum voru skoðuð ítarlega. Öll fimm nítríðin eru spáð vera virk og sértæk fyrir afoxun niturs í stað þess að mynda vetnisgas sem er samkeppnishvarf, en hvatar úr hreinum málmum mynda frekar vetnisgas í stað ammóníaks. Þessi fimm áhugaverðustu málmnítríð ættu einnig að vera stöðug með tilliti til þess að þau skemmast ekki í raflausninni, eyðast eða sundrast við þær rafefnafræðilegu aðstæður sem þau þurfa að geta þolað. Sérstök einkristölluð yfirborð gæti þurft að nota til að ná fram hárri nýtni á ammóníaksmyndun þar sem margkristölluð yfirborð gætu leitt til að efnahvatinn eyðist upp í ferlinu. Þessi þróunarvinna gæti reynst mikilvægt skref í átt að aðferð sem getur framleitt ammóníak á ódýran hátt frá nitri andrúmsloftsins, vatni og rafmagni við venjulegar umhverfisaðstæður. Aukalegur ávinningur af aðferðafræðinni sem hér hefur verið þróuð er að hægt verður að nota svipaða aðferð til að rannsaka önnur efnahvötuð hvörf í vatnslausnum þar sem Mars-van Krevelen hvarfgangurinn er mögulegur og þar sem sértækni á myndun ákveðinna myndefna og virkni efnahvatanna eru lykilskilyrði.

Um doktorsefnið

Younes Abghoui er fæddur 1981 og lauk bakkalárgráðu í efnafræði í Mashhad í Íran. Eftir það vann hann í þrjú ár í tækni- og verkfræðideild stærsta bílaframleiðanda Mið-Austurlanda, sem er í Íran, Iran Khodro. Að því loknu fluttist hann til Svíþjóðar þar sem hann lauk meistaragráðu í lífefna- og lífeðlisfræðilegri efnafræði hjá prófessor Ian A. Nicholls, við Háskólann í Kalmar. Meistaraverkefni Younes var bæði tilraunavinna og tölvureikningar þar sem hann rannsakaði hvarfstaði lyfsins oseltamivir sem og ensímsins neuraminidasa. Metnaður til að auka við sig nýrri þekkingu í vísindum leiddi hann á nýja braut þar sem hann tók við doktorsstöðu hjá ungum en virkum rannsóknahópi undir handleiðslu prófessors Egils Skúlasonar. Þar tók hann að sér doktorsverkefni sem miðaði að því að finna sjálfbæra lausn á fæðuöryggi þar sem endurvinnanleg orka er notuð. Younes er orðinn vel mótaður rannsóknarmaður með góða reynslu í hagnýtum rannsóknum til að þróa sjálfbærar lausnir fyrir efnaiðnað og ver nú doktorsritgerð sína.